第01章 机械设计基础 概论

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1、机械设计基础主讲人丁克舫第一章概论第一节绪论第二节机械零件材料学基础第三节机械的组成第一节绪论一、课程的内容、性质和任务二、机械设计的一般过程简介三、机械零件的设计准则一、课程的内容、性质和任务1.课程内容2.课程性质3.课程任务具体内容研究常用机构和通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计方法。机器由机构组成的具有确定运动的机械装置，能实现能量的转换或传递能量、物料或信息，实现预期的工作。如内燃机、电动机、起重机、金属切削机床和计算机等。机构是具有确定运动的构件系统，用来传递运动和力。构件是机器运动的最小单元。零件是

2、机器加工制造的最小单元。机器的组成由原动机、工作机、传动系统等组成。1.课程内容常用机构设计连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构）等。常用通用零部件设计传动零件：齿轮传动、蜗杆传动、带传动、螺旋传动等。联接零件:螺纹联接、键联接、销联接等。轴系零件：轴、轴承（滑动轴承、滚动轴承、联轴器等。具体内容齿轮传动蜗杆传动带传动圆柱平摩擦轮传动（a）滑动螺旋;(b）滚动螺旋;（c）静压螺旋链传动螺旋传动(a)(b)(c)螺纹联接键联接销联接轴滑动轴承滚动轴承联轴器数控立式升降台铣床电机起重机连杆曲柄1-气缸体；

3、2-活塞；3-连杆；4-曲轴；5、6-齿轮；7-凸轮；8-进气阀顶杆1234曲柄滑块机构156齿轮机构178凸轮机构机器的组成原动机：驱动机器完成预定功能的动力源工作机：完成机器预定功能的组成部分传动系统：传递运动和动力。有机械传动、电力传动和液力传动等。原动机传动系统工作机控制系统辅助系统（润滑、显示、照明等（实例）本课程只研究机械传动。原动机：汽油机和柴油机。传动系统：离合器、变速箱、传动轴和差速器。工作机：车轮、悬挂系统和底盘。控制系统：方向盘和转向系统、排档杆、刹车及其踏板、油门。辅助系统：油量表、速度表、里程表、润滑油温度

4、表及蓄电平电流表、电压表等为显示系统；后视镜、车门锁、刮油器等为其它辅助系统；前后灯、仪表盘灯为照明系统；转向信号灯和车尾红灯为信号系统。机器组成实例2.课程性质专业技术基础课先修课程高等数学金属工艺学机械制图工程力学3.课程任务（1）了解机械设计基本知识。（2）运用有关设计资料的能力。（3）掌握常用机构和通用零、部件的设计理论和方法。二、机械设计的一般过程1.产品规划根据社会的需要和市场的需求，确定所设计机械（机器）的功能范围和性能指标，拟订设计任务书。2.方案设计按设计任务书的要求，尽量构思出多种可行的设计方案，通过对比、筛选，

5、优选出一种功能满足要求、工作原理可靠、结构设计合理、制造成本低廉的最优方案。3.技术设计对已选定的设计方案进行分析计算，确定机构和零件的工作参数以及机械（机器）的主要结构尺寸，完成每一个零件的结构设计，按照国家标准，绘制出整台机器的设计总图和全部零、部件的施工图，编写有关技术文件。4.试制、调试、鉴定进行样机试制，对样机进行试验、测定，从技术上、经济上作出评定，提出改进意见。1、机械零件的主要失效形式2、机械零件的设计准则三、机械零件的设计准则失效：在规定的工作条件下机械零件失去了正常工作能力。断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下，当或

6、时，就可能发生断裂，属强度不合格。疲劳断裂　过载断裂变形过大：时发生,属刚度不合格。振动过大甚至共振：振幅超过了许用值。零件表面失效：过大接触应力作用造成。胶合失效（黏着磨损）、点蚀（疲劳磨损）、磨损失效（磨粒磨损）、塑性变型。在化学腐蚀介质的接触和作用下产生腐蚀失效。1、机械零件的主要失效形式保证机械零件在要求的寿命内不出现各种失效。强度准则，刚度准则挠度偏转角扭转角振动稳定性准则使受激振作用的各个零件的固有频率f与激振源的频率fp错开。通常应保证fp0.85f或fp1.15f磨擦学准则验算压强p≤[p]验算pvpv≤[pv]

7、验算速度v≤[v]2、机械零件的设计准则第二节机械零件材料学基础一、金属材料二、非金属材料三、复合材料四、钢的热处理简介机械零件通常都是由金属材料制成的，有时也用非金属材料和复合材料制造。一、金属材料1．钢2．铸铁3.有色金属（含碳量小于2%,大于0.7%的铁、碳合金）1.钢碳素钢碳素结构钢碳素工具钢：T7、T8普通碳素结构钢如Q235、Q275等优质碳素结构钢低碳钢C＜0.25%如20合金钢合金结构钢合金工具钢、高速工具钢、硬质合金工具钢特类钢不锈钢，如2Cr13、滚动轴承钢，如GGr9SiMn、耐热钢，如3Gr18Ni25Si2

8、等。合金结构钢如35CrMn2，40CrNiMoA(优质）低金结构钢如12Mn弹簧钢如60Si2MnA中碳钢0.6%＜C＜0.25%如45高碳钢0.6%＜C如60钢2.铸铁（含碳量大于2%的铁、碳合金）（1）灰铸铁如HT100、HT3